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Die Erfindung betrifft eine Versorgungsnetzstruktur zur Energieversorgung von elektronischen Fahrzeugkomponenten, sowie ein Kraftfahrzeug mit der Versorg ungsnetzstru ktu r.
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Durch die zunehmende Elektrifizierung bisheriger mechanischer oder hydraulischer Fahrzeugkomponenten, zum Beispiel dem Umstieg von einer hydraulischen Lenkung auf eine elektromechanische Lenkung, nimmt die Bedeutung einer an internationalen Standards messbaren, funktional sicheren elektrischen Fahrzeugenergieversorgung, das heißt einer Versorgungsnetzstruktur, stetig zu. Durch die gleichzeitig steigenden Anforderungen bezüglich Fahrdynamik sowie zunehmendes Fahrzeuggewicht, insbesondere bei Elektromobilität, verringert sich die Fahrzeugbeherrschbarkeit durch einen Benutzer bei Ausfall von sicherheitsrelevanten Komponenten, wie zum Beispiel der elektrischen Lenkung oder Bremseinrichtung. Im Umkehrschluss steigen, um eben genau diese kritischen Situationen zu vermeiden, die funktionalen Sicherheitsanforderungen an das Energiebordnetz, das heißt der Versorgungsnetzstruktur, im Fahrzeug an. Zukünftige Versorgungsnetzstrukturen im Fahrzeug müssen aus diesem Grund bereits in Fahrzeugen ohne automatisierte Fahrfunktionen eine erhöhte Sicherheitsintegrität gemäß dem sogenannten Automotive Safety Integrity Level C kurz ASIL-C nachweisbar erreichen.
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Bisherige, in der Entwicklung diskutierte Energienetzkonzepte für eine Versorgungsnetzstruktur sehen für eine Fahrzeugenergieversorgung nach ASIL-C entweder den Einsatz einer mehrkanaligen, das heißt redundanten, Versorgungsstruktur inklusive den Einsatz von redundanter Sensorik und Aktuatorik vor und sind daher mit hohen Kosten, Gewichts- und Packageaufwänden (Platzaufwänden) konfrontiert oder müssen bei einer Minimalisierung der für ASIL-C notwendigen Umfänge ein erhöhtes Liegenbleiberisiko und somit Abstriche bei der Gesamtfahrzeugverfügbarkeit in Kauf nehmen.
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Aus der
DE 10 2016 200 086 A1 ist ein Bordnetz mit zwei Bordnetzkanälen und einem Spannungswandler bekannt, wobei der Spannungswandler aus beiden Bordnetzkanälen versorgt wird und eine Eingangsspule und zwei Ausgangsspulen umfasst, wobei die beiden Ausgangsspulen galvanisch voneinander getrennt sind. Nachteilig bei dem bekannten Bordnetz ist, dass mehrere Koppelelemente benötigt werden, die nicht sicherheitsrelevante Verbraucher von der restlichen sicherheitsrelevanten Energieversorgung abschirmen, was neben Gewichts- und Kostennachteilen zu negativen Einschränkungen der Gesamtfahrzeugverfügbarkeit führt, da bei internen Elektronikfehlern, sogenannter Einfachfehler, die Versorgung von nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern unterbrochen wird und dadurch ganze Fahrzeugsysteme ausfallen.
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Aus der
DE 10 2016 216 086 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb zweier Gleichspannungswandler in einem Fahrzeugbordnetz und eine entsprechende Spannungswandlerschaltung bekannt.
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Aus der
DE 10 2017 117 194 A1 ist ein Fahrzeugsystem bekannt, das mehrere Gleichspannungswandlerschaltungen, Fahrzeugbatterien und Fahrzeugstromverteilerbusse einschließt. Dabei ist jede Fahrzeugbatterie parallel zu jeder der Gleichspannungswandlerschaltungen elektrisch verbunden. Die Fahrzeugbatterien sind außerdem jeweils parallel zueinander elektrisch verbunden. Ferner sind alle der Gleichspannungswandlerschaltungen und alle der Fahrzeugbatterien jeweils mit mehreren Fahrzeugstromverteilerbussen elektrisch verbunden.
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Aus der
DE 10 2007 017 187 A1 ist ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug bekannt, das ein Sperrelement aufweist, das einen Stromfluss zwischen Anschlüssen von zwei DC/DC-Wandlern verhindern kann.
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Aus der
DE 10 2014 208 192 A1 ist eine Vorrichtung zum Verbinden eines Basis-Bordnetzes mit einem sicherheitsrelevanten Teilnetz bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug die Ausfallsicherheit von sicherheitsrelevanten elektronischen Fahrzeugkomponenten zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Durch die Erfindung ist eine Versorgungsnetzstruktur zur Energieversorgung von elektrischen und/oder elektronischen Fahrzeugkomponenten bereitgestellt. Die Versorgungsnetzstruktur umfasst eine Wandlervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine erste Spannung in eine zweite Spannung umzuwandeln, wobei die Wandlervorrichtung eine Eingangsseite mit der ersten Spannung und eine Verbraucherseite mit der zweiten Spannung aufweist, wobei innerhalb der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite eine interne Schalteinheit vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine schaltbare elektrische Verbindung bereitzustellen. Die Wandlervorrichtung ist auf der Verbraucherseite mit einem ersten Versorgungsnetz und mit einem zweiten Versorgungsnetz gekoppelt, wobei das erste Versorgungsnetz mit zumindest einem ersten Verbraucher gekoppelt ist, der Energie aus dem ersten Versorgungsnetz bezieht und der eine der elektronischen Fahrzeugkomponenten ist, und wobei das zweite Versorgungsnetz mit zumindest einem zweiten Verbraucher gekoppelt ist, der Energie aus dem zweiten Versorgungsnetz bezieht und der eine weitere der elektronischen Fahrzeugkomponenten ist. Ferner umfasst die Versorgungsnetzstruktur eine Batterie, die mit dem ersten Versorgungsnetz gekoppelt ist, und dazu ausgelegt ist, das erste Versorgungsnetz zusätzlich mit der zweiten Spannung zu versorgen. Mit anderen Worten umfasst die Versorgungsnetzstruktur eine Wandlervorrichtung, die beispielsweise ein Stromrichter sein kann, und die eine erste Spannung, die beispielsweise von einer elektrischen Maschine und/oder einer Batterie kommen kann, in eine zweite Spannung umwandeln kann, damit elektrische Verbraucher auf der Verbraucherseite, die die elektrischen Fahrzeugkomponenten darstellen, energetisch versorgt werden können. Zusätzlich ist in der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite eine interne Schalteinheit vorgesehen, durch die eine elektrische Verbindung abwechselnd hergestellt und getrennt werden kann. Weiterhin sind auf der Verbraucherseite zwei Versorgungsnetze vorgesehen, die jeweils mit mindestens einem Verbraucher verbunden sind, wobei das erste Versorgungsnetz zusätzlich eine Batterie umfasst, mit der der zumindest erste Verbraucher zusätzlich mit der zweiten Spannung versorgt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist die Versorgungsnetzstruktur ferner dazu eingerichtet, dass das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz innerhalb der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite über die interne Schalteinheit miteinander gekoppelt sind und das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz zusätzlich außerhalb der Wandlervorrichtung über eine externe Schalteinheit miteinander gekoppelt sind, wobei die interne Schalteinheit und die externe Schalteinheit dazu ausgelegt sind, das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz elektrisch zu trennen, wenn eine vorgegebene erste Bedingung eintritt oder erfüllt ist. Mit anderen Worten sind auf der Verbraucherseite das erste Versorgungsnetz und das zweite Versorgungsnetz einmal innerhalb der Wandlervorrichtung und einmal außerhalb der Wandlervorrichtung über eine interne beziehungsweise externe Schalteinheit miteinander gekoppelt. Diese Koppelung zwischen dem ersten Versorgungsnetz und dem zweiten Versorgungsnetz kann getrennt werden, wenn die vorgegebene erste Bedingung eintritt. Ob die vorgegebene erste Bedingung eingetreten ist, kann beispielsweise durch einen Messsensor bestimmt werden, der eine physikalische Größe in einem der Versorgungsnetze und/oder der Wandlervorrichtung bestimmen kann. Die vorgegebene Bedingung kann beispielsweise ein Überschreiten und/oder ein Unterschreiten eines Schwellwertes eines physikalischen Parameters sein. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die so dimensionierte Versorgungsnetzstruktur einer hohen Sicherheitsanforderung, insbesondere dem Automotive Safety Integrity Level C, gerecht wird und dabei eine minimale Anzahl an Komponenten für die Versorgungsnetzstruktur benötigt, was Kosten, Gewicht und Platz in der Anordnung von Fahrzeugkomponenten einspart, ohne dass dabei Abstriche bei der Gesamtfahrzeugverfügbarkeit in Kauf genommen werden müssen.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass innerhalb der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite eine zweite interne Schalteinheit vorgesehen ist, die die Wandlervorrichtung elektrisch mit dem ersten Versorgungsnetz und dem zweiten Versorgungsnetz koppelt, wobei die zweite interne Schalteinheit dazu ausgelegt ist, die Wandlervorrichtung von dem ersten Versorgungsnetz und dem zweiten Versorgungsnetz elektrisch zu trennen, wenn eine zweite vorgegebene Bedingung eintritt oder erfüllt ist. Mit anderen Worten ist innerhalb der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite eine zweite Schalteinheit vorgesehen, die gleichzeitig beide Versorgungsnetze von der Wandlervorrichtung elektrisch trennt, wenn die zweite vorgegebene Bedingung eintritt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass beide Versorgungsnetze gleichzeitig von der Wandlervorrichtung getrennt werden können, ohne dass zusätzliche Komponenten benötigt werden, was Zeit, Platz und Kosten spart.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite interne Schalteinheit einen Überspannungsschutz umfasst und die zweite vorgegebene Bedingung bei einem Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Spannungsgrenze eintritt. Anders ausgedrückt, kann die zweite interne Schalteinheit als Überspannungsschutz ausgebildet sein, wobei der Überspannungsschutz bei dem Überschreiten der vorgegebenen zweiten Spannungsgrenze, also eines Schwellwertes der Spannung, die Versorgungsnetze von der Wandlervorrichtung elektrisch trennt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verbraucher in dem ersten Versorgungsnetz und dem zweiten Versorgungsnetz vor Überspannung geschützt werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die interne Schalteinheit und/oder die externe Schalteinheit einen Unterspannungsschutz umfasst und die vorgegebene erste Bedingung bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen ersten Spannungsgrenze erfüllt ist. Mit anderen Worten können die interne Schalteinheit und/oder die externe Schalteinheit, die die Versorgungsnetze innerhalb und außerhalb der Wandlervorrichtung auf der Verbraucherseite koppeln, als Unterspannungsschutz ausgebildet sein, der bei einem Unterschreiten der vorgegebenen ersten Spannungsgrenze, also einem Schwellwert der Spannung, die Kopplung innerhalb und außerhalb der Wandlervorrichtung zwischen dem ersten Versorgungsnetz und dem zweiten Versorgungsnetz trennen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Unterspannung die Versorgungsnetze voneinander getrennt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die interne Schalteinheit und/oder die externe Schalteinheit als ein Halbleiterschalter und/oder als ein Relais und/oder als ein Schaltschütz ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die interne Schalteinheit und/oder die externe Schalteinheit elektrisch schnell geschaltet werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Wandlervorrichtung als Gleichrichter oder als Wechselrichter ausgebildet ist. Das ergibt den Vorteil, dass von der Eingangsseite ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom von der Wandlervorrichtung, die ein Stromrichter sein kann, umgewandelt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die erste Spannung in einem Bereich von 30 V bis 60 V und die zweite Spannung in einem Bereich von 10 V bis 30V liegt. Insbesondere kann die erste Spannung bei 48 V liegen und die zweite Spannung bei 12 V. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die erste Spannung und die zweite Spannung in einem Spannungsbereich liegen, der für die Energieversorgung von elektronischen Fahrzeugkomponenten bzw. einem elektrischen Verbraucher benötigt wird.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die interne Schalteinheit und/oder die externe Schalteinheit eine Benachrichtigungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein Signal zu senden, wenn die vorgegebene Bedingung eintritt und/oder eingetreten ist. Mit anderen Worten kann die Benachrichtigungseinheit ein Signal, beispielsweise an einen Benutzer, senden, wenn die vorgegebene Bedingung eintritt und/oder eingetreten ist und somit eine elektrische Verbindung getrennt wurde. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Auslösen der internen Schalteinheit und/oder der externen Schalteinheit bemerkbar gemacht werden kann. Ein Benutzer kann somit über ein Auslösen der Schalteinheit informiert werden.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit der Versorgungsnetzstruktur vorgesehen. Vorzugsweise kann ein Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus sein. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei der Versorgungsnetzstruktur.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Versorgungsnetzstruktur.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Fig. zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Versorgungsnetzstruktur 10 zur Energieversorgung von elektronischen Fahrzeugkomponenten. In der Versorgungsnetzstruktur 10 kann eine Wandlervorrichtung 12 vorgesehen sein, die dazu ausgelegt ist, eine erste Spannung in eine zweite Spannung umzuwandeln. Die Wandlervorrichtung 12 kann dabei beispielsweise ein Gleichrichter sein, an dem von einer Eingangsseite 14 eine Gleichspannung von zum Beispiel einer Eingangsbatterie 16 angelegt ist, wobei die Eingangsbatterie 16 beispielsweise von einer elektrischen Maschine 18 geladen werden kann. Als Wandlervorrichtung 12 kann alternativ auch ein Wechselrichter vorgesehen sein, an dem direkt die Wechselspannung der elektrischen Maschine 18 anliegt. Diese erste Spannung kann dann von der Wandlervorrichtung 12 zu der zweiten Spannung umgewandelt werden.
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Die erste Spannung, die an der Eingangsseite 14 an der Wandlervorrichtung 12 anliegt, kann vorzugsweise in einem Bereich von 48 V liegen. Das bedeutet, dass der Nennwert bei 48 V liegt, der Toleranzbereich jedoch beispielsweise bis zu 10 Prozent des Nennwerts betragen kann. Die zweite Spannung kann beispielsweise in einem Bereich von 12 V liegen und auch einen Toleranzbereich von bis zu 10 Prozent des Normalwertes haben. Die zweite Spannung kann dann einer Verbraucherseite 20 zur Verfügung gestellt werden.
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Auf der Verbraucherseite 20 kann ein erstes Versorgungsnetz 22 vorgesehen sein, an das zumindest ein erster Verbraucher 24 gekoppelt sein kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Versorgungsnetz weitere Verbraucher umfasst, wie durch Verbraucher 25 angedeutet. Die Verbraucher 24 und 25 können beispielsweise über einen Leistungsverteiler beziehungsweise einen Potentialverteiler miteinander verbunden sein. Des Weiteren kann das erste Versorgungsnetz 22, das in der Versorgungsnetzstruktur von elektronischen Fahrzeugkomponenten auch als „Klemme 30“ bezeichnet wird, eine Batterie 26 umfassen, die dazu ausgelegt ist, das erste Versorgungsnetz 22 zusätzlich mit der zweiten Spannung von beispielsweise 12 V zu versorgen.
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Zusätzlich zu dem ersten Versorgungsnetz 22 kann ein zweites Versorgungsnetz 28 mit der Wandlervorrichtung 12 gekoppelt sein. Das zweite Versorgungsnetz 28 kann zumindest mit einem zweiten Verbraucher 30 gekoppelt sein. Es können jedoch auch weitere Verbraucher (nicht gezeigt) in dem zweiten Versorgungsnetz 28 vorgesehen sein.
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Innerhalb der Wandlervorrichtung 12 auf der Verbraucherseite 20 kann eine interne Schalteinheit 32 vorgesehen sein, die eine elektrisch schaltbare Verbindung bereitstellen kann und dazu ausgebildet sein kann, das erste Versorgungsnetz 22 und das zweite Versorgungsnetz 28 innerhalb der Wandlervorrichtung 12 miteinander elektrisch zu koppeln. Zusätzlich kann auf der Verbraucherseite 20 eine externe Schalteinheit 34 vorgesehen sein, die das erste Versorgungsnetz 22 mit dem zweiten Versorgungsnetz 28 außerhalb der Wandlervorrichtung 12 auf der Verbraucherseite 20 schaltbar elektrisch miteinander koppelt.
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Die interne Schalteinheit 32 und die externe Schalteinheit 34 können so ausgelegt sein, dass sie das erste Versorgungsnetz 22 und das zweite Versorgungsnetz 28 elektrisch voneinander trennen, wenn eine vorgegebene Bedingung eintritt. Beispielsweise kann die interne Schalteinheit 32 und die externe Schalteinheit 34 als Unterspannungsschutz ausgebildet sein und die vorgegebene Bedingung kann bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen ersten Spannungsgrenze eintreten. Beispielsweise kann hierbei ein Messsensor in der internen Schalteinheit 32 und der externen Schalteinheit 34 vorgesehen sein, der einen Spannungsabfall misst, und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts ein elektrisches Signal aussendet, das einen Schalter der internen Schalteinheit 32 und der externen Schalteinheit 34 öffnen kann und somit die Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsnetz 22 und dem zweiten Versorgungsnetz 28 trennt. Vorzugsweise können die interne Schalteinheit 32 und die externe Schalteinheit 34 als Halbleiterschalter ausgebildet sein.
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Zusätzlich zu der internen Schalteinheit 32 kann innerhalb der Wandlervorrichtung 12 auf der Verbraucherseite 20 eine zweite interne Schalteinheit 36 vorgesehen sein, die die Wandlervorrichtung 12 elektrisch mit dem ersten Versorgungsnetz 22 und dem zweiten Versorgungsnetz 28 koppelt. Die zweite interne Schalteinheit 36 kann derart ausgebildet sein, dass sie die Wandlervorrichtung 12 von dem ersten Versorgungsnetz 22 und dem zweiten Versorgungsnetz 28 elektrisch trennt, wenn eine zweite vorgegebene Bedingung eintritt. Beispielsweise kann die zweite interne Schalteinheit 36 als ein Überspannungsschutz ausgebildet sein und die zweite vorgegebene Bedingung kann bei einem Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Spannungsgrenze eintreten. Das bedeutet, dass die zweite interne Schalteinheit 36 beide Versorgungsnetze auf der Verbraucherseite 20 von der Wandlervorrichtung 12 trennen kann, wenn beispielsweise eine Überspannung in der Wandlervorrichtung 12 auftritt. Somit können die Verbraucher auf der Verbraucherseite 20, wie beispielsweise der erste Verbraucher 24 und der zweite Verbraucher 30, vor einer Überspannung geschützt werden.
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Die interne Struktur in der Wandlervorrichtung 12 kann also beispielsweise so ausgebildet sein, dass zwischen der internen Schalteinheit 32 und der zweiten internen Schalteinheit 36 das zweite Versorgungsnetz 28 angekoppelt sein kann und das zweite Versorgungsnetz 28 mit dem ersten Versorgungsnetz 22 über den Unterspannungsschutz der internen Schalteinheit 32 und den Unterspannungsschutz der externen Schalteinheit 34 miteinander verbunden sein können.
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Dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrundeliegen. Die Verbraucher in dem zweiten Versorgungsnetz 28, wie beispielsweise der zweite Verbraucher 30, können Fahrzeugkomponenten eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, sein, die nicht sicherheitsrelevant sind und über die Wandlervorrichtung 12 mit Energie versorgt werden. Der zweite Verbraucher 30 kann beispielsweise ein Kühlerlüfter sein, der verschiedene Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise den Motor kühlt. Es kann vorkommen, dass in dem Kühlerlüfter ein Kurzschluss auftritt und die Spannung im zweiten Versorgungsnetz 28 einbricht.
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Das erste Versorgungsnetz 22 kann wiederum dafür vorgesehen sein, dass es sicherheitsrelevante elektronische Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise den ersten Verbraucher 24, mit Energie versorgt. Der erste Verbraucher 24 kann zum Beispiel ein Bremssystem und/oder eine Lenkung des Fahrzeugs sein, die elektromagnetisch angesteuert wird. Damit diese sicherheitsrelevanten Fahrzeugkomponenten in dem ersten Versorgungsnetz 22 von dem Spannungseinbruch des zweiten Versorgungsnetzes 28 nicht beeinflusst werden, kann der Unterspannungsschutz der externen Schalteinheit 34 die Verbindung zwischen dem ersten Versorgungsnetz 22 und dem zweiten Versorgungsnetz 28 trennen. Zusätzlich kann die interne Schalteinheit 32, die auch als Unterspannungsschutz ausgebildet sein kann, die Verbindung innerhalb der Wandlervorrichtung 12 zwischen den beiden Netzen trennen. Das erste Versorgungsnetz 22 kann dann mittels der Batterie 26 unabhängig von der Wandlervorrichtung 12 und dem defekten Kühlerlüfter, der sich im zweiten Versorgungsnetz 28 befindet, mit Energie versorgt werden und so weiter betrieben werden.
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Durch eine derartige Versorgungsnetzstruktur 10 wird jedoch das zweite Versorgungsnetz 28 nicht vollständig von einer Energieversorgung getrennt, sondern kann weiterhin durch die Wandlervorrichtung 12 mit Energie versorgt werden. Somit kann erreicht werden, dass Verbraucher innerhalb des zweiten Versorgungsnetzes 28 nicht vollständig ausfallen und sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten in dem ersten Versorgungsnetz 22 geschützt sind.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform besteht ein Aspekt darin, mit der Versorgungsnetzstruktur 10 eine erhöhte Sicherheitsstufe, wie zum Beispiel das Automotive Safety Integrity Level C zu erreichen. Dabei kann ein Minimalansatz gewählt werden, bei dem sich die sicherheitsrelevanten Umfänge auf eine einkanalige Sicherheitsklemme, das heißt das erste Versorgungsnetz 22 konzentrieren. Dabei wird die Versorgungsnetzstruktur 10 durch den Einsatz eines zentralen Trennelements (externe Schalteinheit 34) in ein durch eine Batterie 26 gestütztes ASIL-relevantes Teilnetz (erstes Versorgungsnetz 22) sowie ein DC/DC-Wandler versorgtes, das heißt durch die Wandlervorrichtung 12 versorgtes, zweites Versorgungsnetz 28 zerlegt. Das ASIL-Teilnetz (erstes Versorgungsnetz 22) kann zusätzlich über einen zweiten Powerausgang des DC/DC-Wandlers (Wandlervorrichtung 12) versorgt werden. Hierbei ergibt sich eine fehlertolerante, ringförmige Versorgungsnetzstruktur 10, die den ASIL-C Anforderungen gerecht werden kann, die Fahrzeugverfügbarkeit gegenüber Fahrzeugen aus dem Stand der Technik nicht verringert und gleichzeitig den Einsatz einer minimalen Anzahl an Energiebordnetzkomponenten erfordert.
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Eine technische Umsetzungsmöglichkeit dieser beispielhaften Ausführungsform ist es, dass alle ASIL-relevanten Fahrzeugkomponenten wie zum Beispiel die Lenkung, das Bremssystem usw., über die einkanalige ASIL C-Klemme (erstes Versorgungsnetz 22) versorgt werden können, um mittels Trennelementen, wie beispielsweise durch die interne Schalteinheit 32 und die externe Schalteinheit 34, vor kritischen Einflüssen aus dem Restfahrzeug, wie beispielsweise von einem zweiten Verbraucher 30 aus dem zweiten Versorgungsnetz 28, geschützt werden können, während die restlichen Verbraucher aus dem zweiten Versorgungsnetz 28 an der nicht ASIL-relevanten Klemme (zweites Versorgungsnetz 28) angeschlossen werden können.
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Ein 48 V beziehungsweise Hochvolt zu 12 V DC/DC-Wandler (Wandlervorrichtung 12) kann dabei über den gegen Überspannung (zweite interne Schalteinheit 36) und Unterspannung (interne Schalteinheit 32) geschützten DC/DC-Ausgang das durch eine 12 V-Batterie 26 gestützte ASIL-C Teilnetz (erstes Versorgungsnetz 22) sowie über den durch die zweite interne Schalteinheit 36 gegen Überspannung geschützten DC/DC-Ausgang das zweite Versorgungsnetz 28 versorgen. Dabei kann ein im DC/DC-Wandler (Wandlervorrichtung 12) integrierter Schutzmechanismus gegen Überspannung (zweite interne Schalteinheit 36) für beide Ausgänge gleichzeitig eingesetzt werden, wodurch kein Mehraufwand in der Konstruktion der Versorgungsnetzstruktur 10 entsteht.
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Durch den ringförmigen Energiebordnetzaufbau der Versorgungsnetzstruktur 10 kann unter Einsatz der Trennelemente, das heißt durch die interne Schalteinheit 32, die externe Schalteinheit 34 und die zweite interne Schalteinheit 36, ein erstes Versorgungsnetz 22 erreicht werden, das den Sicherheitsanforderungen von ASIL-C entspricht, während gleichzeitig die Fahrzeugverfügbarkeit bei einem Ausfall eines der Trennelemente bei einer Einfachfehlerbetrachtung gegenüber Fahrzeugen des Stands der Technik nicht verringert wird. Als zusätzliche Komponenten können im Vergleich zu Energiebordnetztopologien, beziehungsweise Versorgungsnetzstrukturen 10, lediglich ein zweiter DC/DC-Wandlerausgang für das zweite Versorgungsnetz 28 sowie das zentrale Trennelement, das heißt die externe Schalteinheit 34, die beispielsweise in einem Potentialverteiler integriert sein kann, notwendig sein.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Energiebordnetz für die Energieversorgung von sicherheitsrelevanten elektronischen Fahrzeugkomponenten nach dem Automotive Safety Integrity Level C bereitgestellt werden kann.
